Раздел 1. Управление техническими системами через автоматические системы в машиностроении

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.И. ЛЕНИНА»

 

Учебное пособие

По дисциплине «Управление техническими системами»

Для студентов, обучающихся по специальностям технического профиля

Г. Иваново 2019 г.

 

Составитель: И.В. Шапорева

Редактор: Л.В.Дубова

 

Данное учебное пособие предназначено для помощи в освоении дисциплины, выполнении лабораторных работ по дисциплине, а также для составления отчетов при проведении лабораторных работ.

Учебное пособие предназначено для студентов 3-го курса, обучающихся по специальности «Технология машиностроения».

 

Утверждено цикловой методической комиссией общепрофессиональных (технических) дисциплин.

 

 

Оглавление

Введение. 7

Раздел 1. Управление техническими системами через автоматические системы в машиностроении 11

Тема 1.1. Системы автоматического управления (САУ). Автоматизированный системы управления (АСУ) 12

1.1.1. Принципы управления. 13

1.1.2. Принцип управления по возмущению.. 14

1.1.3. Принцип управления по отклонению.. 16

1.1.4. Принцип разомкнутого управления. 18

1.1.5. Принцип компенсации. 19

1.1.6. Принцип обратной связи. 20

1.1.7. Автоматизированная система управления (АСУ) 21

Тема 1.2. Система автоматического контроля (САК). Система автоматического регулирования (САР) 22

1.2.1. Система автоматического контроля (САК) 23

1.2.2. Автоматический сортировщик. 26

1.2.3. Контроль линейных размеров деталей. 27

1.2.4. Автоматический контроль формы деталей. 29

1.2.5. Системы автоматического регулирования (САР) 32

1.2.6. Классификация систем автоматического регулирования 34

1.2.7. Устойчивость САР. 38

1.2.8. Основные показатели качества САР. 39

Тема 1.3. Следящая и адаптивная системы.. 41

1.3.1. Следящая система. 41

1.3.2. Копировальные системы управления. 43

1.3.3. Гидравлическая следящая система. 45

1.3.4. Обработка конических поверхностей при помощи копировальной (конусной) линейки 45

1.3.5. Обработка фасонных поверхностей по копиру. 47

1.3.6. Адаптивные системы.. 48

Раздел 2. Контрольно-измерительные операции и диагностика технического состояния управляющих систем.. 52

Тема 2.1. Автоматизация контрольно-измерительных операций в машиностроении, технические средства контроля и управления. 53

2.1.1. Контрольно-измерительная машина (КИМ) 55

Тема 2.2. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации, методы технической диагностики. 64

2.2.1. Классификация средств измерений по выполняемым функциям и назначению 65

2.2.2. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации 67

2.2.3. Методы технической диагностики. 74

Раздел 3. Измерительные преобразователи технических систем (датчики) 79

Тема 3.1. Средства получения и преобразования первичной информации. Классификация датчиков, их типы, основные характеристики. 80

3.1.1. Датчики: основные понятия. 80

3.1.2. Основные характеристики датчиков. 82

3.1.3. Классификация датчиков. 84

3.1.4. Силовые датчики. 87

3.1.5. Датчики скорости. 90

3.1.6. Размерные датчики. 91

3.1.7. Датчики пути и положения. 100

3.1.8. Датчики углового положения. 110

Раздел 4. Управляющие системы технологического оборудования 112

Тема 4.1. Классификация систем управления технологическим оборудованием 113

Тема 4.2. Системы программного управления технологическим оборудованием 118

4.2.1. Системы программного управления как средство решения задач 118

4.2.2. Системы числового программного управления станком 121

4.2.3. Числовое программное управление. 127

4.2.4. Числовые программные системы управления. 129

Тема 4.3. Автоматизированное рабочее место. Промышленные роботы 135

4.3.1. Автоматизированное рабочее место (АРМ) 135

4.3.2. Промышленные роботы.. 136

4.3.3. Гибкие производственные системы.. 142

 

 

Введение

Современный этап развития промышленного производства характеризуется переходом к использованию передовой технологии, стремлением добиться предельно высоких эксплуатационных характеристик как действующего, так проектируемого оборудования, необходимостью свести к минимуму любые производственные потери.

Задача управления технологическими процессами возникла одновременно с появлением материального производства, т. е. процессов целенаправленного преобразования материи или энергии. Первоначально всю эту задачу решал человек, который, подавая определенные количества материала и энергии, одновременно «на глаз» оценивал ход процесса, при необходимости корректировал его и устанавливал момент завершения преобразования.

По мере усложнения производства требовалось более развитое и точное управление. В таких условиях ограниченность способностей человека, невозможность «на глаз» и «на ощупь» проконтролировать процесс производства были серьезным препятствием для дальнейшего развития. Поэтому первыми помощниками человека стали различные контрольно-измерительные устройства.

На заре автоматизации человек вел технологический процесс, находясь возле местных контрольно-измерительных приборов, установленных непосредственно на оборудовании и работающих в прямом контакте с материальными потоками. Эти средства давали ему возможность более точно и, главное, объективно оценивать работу технологического объекта и, следовательно, улучшать его использование.

Дальнейший рост мощностей и размеров оборудования заставил задуматься о том, как освободить рабочего от утомительной задачи: все время находясь у работающих машин и аппаратов, следить за показаниями приборов и вручную осуществлять необходимые подстройки и переключения. В этой связи важным техническим достижением явилось создание измерительных, регулирующих и исполнительных устройств с внешним источником энергии, в том числе исполнительных механизмов с пневматическим и электрическим приводом. Это позволило организовать посты контроля дистанционного управления и широко применить автоматические регуляторы. В результате значительно улучшились условия работы обслуживающего персонала: уменьшилась физическая нагрузка, более удобным стало рабочее место, благоприятнее стала и внешняя среда.

В таких условиях возникла проблема автоматизации собственно управления, т. е. процесса принятия решений, которая потребовала привлечения современных математических методов и новых технических средств. В результате появились автоматизированные системы управления, т.е. развитые человеко-машинные системы, реализующие такой автоматизированный процесс сбора и переработки информации, который необходим для принятия решений по управлению объектом (процессом, производством) в целом. Появились мощные централизованные системы управления, в которых с помощью ЭВМ концентрируются контроль и управление большим числом агрегатов.

Автоматизация является важнейшим фактором роста производительности труда в промышленном производстве.

Автоматизация производственных процессов есть совокупность мероприятий по разработке технологических процессов, созданию и внедрению высокопроизводительных автоматически действующих средств производства, обеспечивающих непрерывный рост производительности труда.

Развитие технических средств автоматизации является сложным процессом, в основе которого лежат экономические интересы и технические потребности автоматизируемых производств, с одной стороны, и те же интересы и технологические возможности производителей технических средств автоматизации, – с другой. Первичным стимулом развития является повышение экономической эффективности работы предприятий, благодаря внедрению новых, более совершенных технических средств автоматизации.

В развитии экономических и технических предпосылок внедрения и использования автоматизации технологических процессов (ТП) можно выделить следующие этапы:

1. Начальный этап, для которого характерны избыток дешевой рабочей силы, низкая производительность труда, малая единичная мощность агрегатов и установок. Благодаря этому самое широкое участие человека в управлении ТП, т.е. наблюдение за объектом управления, а также принятие и исполнение управляющих решений, на данном этапе было экономически оправданным. Механизации и автоматизации подлежали только те отдельные процессы и операции, управление которыми человек не мог осуществлять достаточно надежно по своим психофизиологическим данным, т.е. технологические операции требовавшие больших мускульных усилий, быстроты реакции, повышенного внимания и др.

2. Переход к этапу комплексной механизации и автоматизации производства произошел благодаря росту производительности труда, укрупнению единичной мощности агрегатов и установок, развитию материальной и научно–технической базы автоматизации. На этом этапе, при управлении ТП человек–оператор все более занимается умственным трудом, выполняя разнообразные логические операции при пусках и остановах объектов, особенно при возникновении всевозможных непредвиденных обстоятельств, предаварийных и аварийных ситуаций, а также оценивает состояние объекта, контролирует и резервирует работу автоматических систем. На данном этапе формируются основы крупносерийного производства технических средств автоматизации, ориентированного на широкое применение стандартизации, специализации и кооперации. Широкие масштабы производства средств автоматизации и специфика их изготовления приводят к постепенному выделению этого производства в самостоятельную отрасль.

3. С появлением управляющих вычислительных машин (УВМ) начинается переход к этапу автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), совпавший с началом научно–технической революции. На данном этапе становится возможной и экономически целесообразной автоматизация все более сложных функций управления, осуществляемая с использованием УВМ. Но, поскольку УВМ тогда были весьма громоздкими и дорогими, то для реализации более простых функций управления достаточно широко применялись и традиционные аналоговые устройства автоматики. Недостатком таких систем была их невысокая надежность, т.к. вся информация о ходе ТП поступает и обрабатывается УВМ, при выходе которой из строя, ее функции должен был взять на себя оператор–технолог, контролирующий работу АСУТП. Естественно, что в таких случаях качество управления ТП значительно снижалось, т.к. человек не мог осуществлять управление столь же эффективно, как УВМ.

4. Появление относительно недорогих и компактных микропроцессорных устройств позволило отказаться от централизованных систем управления ТП, заменив их распределенными системами, в которых сбор и обработка информации о выполнении отдельных взаимосвязанных операций ТП, а также принятие управленческих решений осуществляется автономно, локальными микропроцессорными устройствами, получившими название микроконтроллеров. Поэтому надежность распределенных систем значительно выше, чем централизованных.

5. Развитие сетевых технологий, позволившее связать в единую корпоративную сеть многочисленные и удаленные друг от друга компьютеры, с помощью которых осуществляется контроль и анализ финансовых, материальных и энергетических потоков при производстве предприятием продукции, а также управление ТП, способствовало переходу к интегрированным системам управления. В этих системах с помощью весьма сложного программного обеспечения совместно решается весь комплекс задач по управлению деятельностью предприятия, включая задачи учета, планирования, управления ТП и др.

6. Повышение быстродействия и других ресурсов микропроцессоров, используемых для управления ТП, позволяет в настоящее время говорить о переходе к этапу создания интеллектуальных систем управления, способных принимать эффективные решения по управлению предприятием в условиях информационной неопределенности, т.е. нехватке необходимой информации о факторах, влияющих на его прибыль.

Раздел 1. Управление техническими системами через автоматические системы в машиностроении

Автоматизацию в машиностроении ни в коей степени не следует понимать лишь как процесс внедрения элементов и схем автоматики, насыщения ими существующих или вновь проектируемых конструкций машин.

Автоматизация – это комплексная конструкторско-технологическая задача создания принципиально новой техники на базе прогрессивных технологических процессов обработки, контроля, сборки. Она включает создание таких методов и схем обработки, конструкций и компоновок машин и систем машин, которые, как правило, были бы невозможны, если бы человек по-прежнему оставался непосредственным участником технологического процесса.

К техническим (общим) средствам автоматизации относятся все устройства, входящие в систему контроля и управления, предназначенные для получения информации, её передачи, хранения и преобразования, а также для осуществления управляющих и регулирующих воздействий на технологический объект управления.

Полуавтоматом называют рабочую машину, цикл работы которой в конце выполняемой операции автоматически прерывается. Для возобновления цикла необходимо вмешательство человека, который устанавливает и снимает заготовки, пускает станок и контролирует его работу, меняет и регулирует инструмент.

Автоматом называется самоуправляющаяся рабочая машина, которая при осуществлении технологического процесса производит все рабочие и все холостые ходы рабочего цикла обработки, кроме контроля и наладки.

Автоматическая линия - это система рабочих машин-автоматов, расположенных в технологической последовательности, объединенных автоматическими устройствами и механизмам для обработки, сборки и контроля изделий, транспортирования и хранения их в процессе изготовления с целью выполнения законченной части ли всего технологического процесса изготовления одного или нескольких изделий.

Гибкая автоматизация - это автоматизация, позволяющая на одном оборудовании регулярно переходить на выпуск модернизированных или новых изделий определенного производственного значения. В основе гибкой автоматизации лежит электронизация производства или механотронная техника.